时序卫星遥感数据揭示罗布泊重生之密码观天测地

　　编者按：从古至今，人类从未停止过探索未知世界的脚步，认知世界的能力和手段与日俱增。中科院之声与中国科学院空天信息创新研究院联合开设＂观天测地＂专栏，为大家介绍天上地上探索的那些事儿，带来空天信息领域最新进展，普及科学知识。
　　有＂死亡之海＂之称的新疆罗布泊位于中国最大内陆盆地塔里木河流域，是中国四大无人区之一。近几十年来持续的气候变暖正改变着全球的水文循环过程，在气候暖湿化背景下，罗布泊这个因干旱而＂死亡＂的湖泊能否再次恢复勃然生机并再现碧波荡漾？
　　本文将通过时序卫星遥感数据阐述罗布泊生态环境恢复的可能性，揭示罗布泊重生之密码。
　　在过去1800多年间，受气候变化和人类活动双重影响，罗布泊的生态环境经历了沧海桑田到大漠戈壁的巨变，是中国四大无人区之一（图1）。曾经这里土肥水美，林草鸟兽虫鱼等生物资源丰富，作为丝绸之路上的重要节点，承载见证过区域内人类文明（如楼兰古国）的兴衰起落。然而，6500万年以来青藏高原的整体抬升，阻隔了翻越高原并深入西北地区的水汽通道，区域内气候逐渐干旱，改变并重新塑造了区域生态系统格局。上个世纪初，随着区域内生产生活的发展，用水量急剧增加，加剧了区域生态环境的干旱化，使得罗布泊成为了＂死亡之海＂。
　　图1 塔里木河流域数字地形和地表水系统分布以及罗布泊地理位置
　　近几十年来持续的气候变暖正改变着全球的水文循环过程，观测资料显示，北方半干旱和干旱地区近年来降水量均呈现明显的增加趋势（图2），北方干旱地区的植被也在大面积恢复。曾经极度干旱的塔里木盆地和柴达木盆地也开始出现大面积降雨。
　　图2 塔里木盆地1989年至2019年降水量、蒸散量和平均温度的变化趋势
　　为了探究在气候变湿和塔里木盆地持续生态补水的情况下罗布泊是否有重生可能这一科学问题，2020年中科院空天院副研究员卢善龙团队参与发起了＂罗布泊及周边区域生态水文和生物多样性十年科学考察计划＂。此次研究成果即为2020、2021和2022年作者团队在罗布泊及周边区域考察、调研及室内研究得到的阶段性成果。
　　该团队针对这一问题，利用卫星遥感和陆面过程模型产品数据，分析了近30年来塔里木盆地地表水、地下水、降水、气温、蒸发等水文气象参量的变化及其相互关系。研究结果表明，在过去30年中，塔里木河流域和所有支流河流的地表水面积显著增加（图3）。
　　图3 1989年至2019年塔里木河流域及其支流地表水面积变化趋势和拐点变化时间
　　地表水面积的变化主要受降水、冰川融水和蒸散量变化的影响，其中降水量变化的影响约占70%。此外，分别始于2000年和2015年的塔里木河和孔雀河水系的生态补水工程对于河流下游河道生态系统产生了十分积极的影响，湖泊和河流水面及河道周边的植被均处于恢复状态（图4）。
　　图4 塔里木河下游尾闾湖台特马湖地表水面积与塔里木河生态输水总量之间的关系
　　塔里木河流域各支流河流地表水的增加提高了各流域的地下水位，也对罗布泊的地下水位变化产生了积极影响。基于重力卫星获取的时间序列地下水等效水厚度数据表明，2010年以来，罗布泊地区地下水位下降趋势减缓，且在2015年出现明显逆转趋势（图5、图6）。
　　图5 2003~2019年罗布泊及周边区域地下水时间过程和空间变化率分布图
　　图6 2021年7月在罗布泊核心区（左）和山前边缘地带（右）观察到的地下水出露深度
　　综合流域内及各支流水系地表和地下水变化情况，该团队总结认为，在区域气候趋势、生态输水强度和地下水开采强度不发生逆转变化的情况下，罗布泊地区的地下水位将在未来部分或全部恢复。而在区域地下水补给和蒸散之间实现平衡后，罗布泊生态系统将逐渐恢复。
　　罗布泊是受气候变化和人类活动影响而干涸的大湖。根据该团队研究结果，罗布泊生态环境未来可能会在气候变化和人类治理的双重影响下逐步恢复。该研究为保护和恢复全世界干旱地区退化的湖泊提供了一个令人鼓舞的案例，对全球干旱和半干旱地区（尤其是与研究区域相邻的中亚地区）的湖泊生态保护和恢复、以及未来对气候变化影响的适应具有重要参考价值。
　　该项研究成果以 Active water management brings possibility restoration to degraded lakes in dryland regions: a case study of Lop Nur, China （积极的水资源管理给干旱地区退化的湖泊带来了恢复可能性：以中国罗布泊为例）为题在Nature旗下刊物Scientific Reports 在线发表，得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院等项目的支持。
　　来源：中国科学院空天信息创新研究院
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